CÁC NGUỒN SÁNG NHÂN TẠO - BÓNG ĐÈN

1. Bóng đèn Sợi đốt
Bóng đèn Sợi đốt thông dụng: Bóng đèn sợi đốt nói chung là đèn có sợi đốt Wolfram tiêu chuẩn, chúng có nhiều dạng bóng đèn khác nhau (trong suốt, mờ, trắng đục, màu, v..v.). Phần lớn hiện nay là loại trắng đục có công suất trong khoảng 15 đến 1000 watts có đui xoáy hoặc đui ngạnh. Một số loại của bóng đèn này thuộc loại để trang trí có hình dạng như ngọn nến hoặc hình chữ nhỏ. Những loại bóng này rất không hiệu quả, hiệu suất chỉ khoảng 11-19 lm/W. Thông thường chúng có thời gian sống tương đối ngắn khoảng 1000 giờ, nhưng chúng có giá thành ban đầu thấp và CRI=100, CT=2700K. Với những tiến bộ hiện thời của đèn huỳnh quang thu gọn và đèn sợi đốt pha hơi halogen thì việc tiếp tục sử dụng đèn sợi đốt thông thường là khó chấp nhận.

Bóng đèn Sợi đốt có lớp phản xạ: là loại bóng sợi đốt Wolfram tiêu chuẩn có bóng đèn được tráng ở mặt trong hay mặt ngoài một lớp phản xạ để tăng cường tập trung ánh sáng theo một hướng nhất định. Bóng đèn này thường có hai loại: Loại bóng có dạng chụm có lớp phản xạ nhôm và loại bóng phản xạ dạng nở xòe. Cũng giống như các bóng sợi đốt khác loại bóng này có thời gian sống ngắn, hiệu suất rất thấp. Công suất của bóng trong khoảng 40-300W.

Bóng đèn sợi đốt Halogen: thường có một hoặc hai đầu dùng ngay nguồn điện lưới không qua bộ biến đổi điện. Cũng thuộc loại bóng đèn sợi đốt nên chúng có hiệu suất thấp so với các loại bóng khác. Tuy nhiên nhờ có các nguyên tử khí halogen nên so với bóng sợi đốt thông thường chúng có hiệu suất cao hơn 20% và đặc tính quang học cũng ổn định hơn với thời gian. Ngoài ra những bóng halogen loại mới với lớp tráng phản xạ tia hồng ngoại làm tăng hiệu suất của chúng lên đến 25-30% so với bóng halogen thông thường. Những đặc trưng chính của loại bóng đèn này là:
• Công suất 25-250 Watt (loại một đầu), 60-2000Watt (loại hai đầu)
• CT=3000 Kelvin, CRI=100
• Hiệu suất 11-17 lm/W (một đầu) và 14-23 lm/W (hai đầu)
• Tuổi thọ khoảng 2000 giờ (một đầu) và 3000 giờ (hai đầu)

2. Bóng đèn Huỳnh quang

Bóng đèn Huỳnh quang đường kính ống 38mm(T12): Bóng đèn huỳnh quang T12 là loại bóng huỳnh quang ống dài có đường kính lớn nhất và là được thiết kế đầu tiên. Những bóng đèn loại này đang lưu dùng hiện nay được tráng bột huỳnh quang halophosphate thông thường và nạp khí argon. Chúng là những bóng đèn huỳnh quang hiệu suất thấp nhất và được khuyến cáo không nên lắp đặt mới và nên thay bằng bóng đèn huỳnh quang có đường kính 26 mm. Đặc điểm của bóng đèn huỳnh quang T12:
• Công suất P = 20 - 140 Watt
• CT=3000 - 4100 K, CRI= 60 - 85
• Hiệu suất = 45 - 100 lm/W (phổ biến là 70 lm/W dùng chấn lưu điện từ)
• Tuổi thọ trung bình - 8000 giờ.

Bóng đèn Huỳnh quang đường kính ống 26mm(T8): Đây là loại bóng đèn huỳnh quang ống dài thông dụng nhất ở Châu Âu. Đường kính của chúng bằng 26 mm. Bóng T8 là một trong các nguồn sáng huỳnh quang hiệu suất cao. Hơn nũa giá của chúng hiện nay thấp hơn giá của bóng T12. Bóng T8 được phân ra làm ba loại tuỳ thuộc vào loại bột phosphor tráng lên mặt trong thành ống:
• Bột huỳnh quang halophosphate: Bột này được sử dụng đã nhiều năm nay nhưng có nhược điểm là để đạt được chỉ số hoàn màu tốt thì lại phải hy sinh chỉ tiêu về hiệu suất. Chỉ số hoàn màu trong khoảng từ 50 đến 75.
• Bột huỳnh quang ba màu (còn gọi là triphosphors): loại bột này vừa có chỉ số hoàn màu tốt vừa có hiệu suất cao tuy nhiên nó đắt hơn bột huỳnh quang thông thường. Chỉ số màu nằm trong khoảng từ 80 đến 85.
• Bột huỳnh quang đa màu: chúng có chỉ số hoàn màu cao nhưng hiệu suất hơi thấp hơn so với bột ba màu. CRI của chúng thường bằng 90 hoặc hơn.
Bóng đèn đường kính 26mm tráng bột huỳnh quang thông thường phát cùng thông lượng ánh sáng tính trên một đơn vị độ dài như bóng đèn đường kính 38 mm nhưng chúng tiêu thụ năng lượng ít hơn 8%. Cùng loại bóng đèn nhưng tráng bột ba màu không những tiêu thụ năng lượng ít hơn 8% nhưng phát hơn 10% thông lượng và có CRI cao hơn. Bóng đèn dùng bột huỳnh quang đa màu có CRI rất cao thường dùng trong triển lãm, bảo tàng, phòng trưng bày tranh v..v. và những ứng dụng khác đòi hỏi chỉ số hoàn màu cao.
Đặc trưng của bóng đèn huỳnh quang T8:
• P = 10 - 58 Watt
• CT = 2700 - 6500 K; CRI = 50 – 98
• Hiệu suất 100 lm/W (bột ba màu, chấn lưu điện tử)
97 lm/W (bột ba màu, chấn lưu điện từ)
77 lm/W (bột halophosphate, chấn lưu điện từ)
• Tuổi thọ trung bình 8000 giờ

Bóng đèn Huỳnh quang đường kính ống 16mm(T5): Xuất hiện trên thị trường năm 1995 loại bóng đèn này là sản phẩm mới của bóng đèn huỳnh quang ống dài đường kính chỉ có 16 mm. Loại bóng nhỏ này có hiệu suất tăng hơn 7% so với T8 (hiệu suất của nó là 95 so với 89%của T8). Thêm vào đó T5 cũng có lớp phản xạ tráng cùng lớp bột huỳnh quang nên hiệu suất của nó cũng cao hơn so với loại T8 có lớp phản xạ. Bóng T5 yêu cầu ổ cắm, chấn lưu và máng đèn riêng của nó. Do vậy loại bóng đèn này thường dùng để lắp đặt mới. Đặc trưng của bóng huỳnh quang T5:
• P =14 - 80 Watt
• CT =3000 - 6000 K; CRI= 85
• Hiệu suất = 80 - 100 lm/W
• Tuổi thọ trung bình = 8000 hours

Bóng đèn Huỳnh quang chân cắm: Đây là loại bóng huỳnh quang thu gọn có chân cắm vào chấn lưu điện tử. Những đặc trưng chính:
• P = 5 - 55 Watt
• CT = 2700 - 6000 Kelvin; CRI =85 – 98
• Hiệu suất = 45 -87 lm/W ( 70 cho đèn tráng bột huỳnh quang 3 màu),
• Tuổi thọ trung bình khoảng 10000 giờ

Bóng đèn Huỳnh quang tích hợp chấn lưu (bóng đèn compact): Loại bóng đèn này gắn liền với chấn lưu và đui ngạnh hoặc xoáy để cắm thẳng vào ổ cắm của bóng sợi đốt tiêu chuẩn. Bóng đèn với chấn lưu liền được thiết kế để thay đèn sợi đốt. Giá của chúng giảm nhiều trong thời gian gần đây khiến việc thay thế của chúng ngày càng thuận lợi. tuy nhiên để lắp đặt đèn mới thì loại chấn lưu rời nói ở trên vẫn được ưa chuộng hơn. Đặc trưng cơ bản:
• P =3 - 23 Watt
• CT = 2700 - 4000 K; CRI = 85
• Hiệu suất = 30 - 65 lm/W
• Tuổi thọ trung bình khoảng 10000 giờ

3. Bóng đèn Cao áp thuỷ ngân
Không giống như các loại pha trộn, bóng đèn thủy ngân cao áp tiêu chuẩn không có điện cực khởi động. Do chúng có hiệu suất thấp, CRI thấp và ảnh hưởng không tốt lên môi trường do chứa thủy ngân nên loại bóng đèn này hiện đã trở nên lỗi thời. Đặc trưng cơ bản của loại bóng này:
• P = 50 – 1000 Watt
• CT = 3800 – 4300K; CRI = 33 – 50
• Hiệu suất = 32 – 60 lm/W
• Tuổi thọ trung bình khoảng 10000 đến 24000 giờ

4. Bóng đèn Metal Halide

Đây là loại bóng đèn phóng điện mà phần lớn ánh sáng được phát bởi hỗn hợp hơi thủy ngân và các sản phẩm phân ly của muối kim loại nhóm halogen (halide). So với bóng thủy ngân cao áp, bóng halide có hiệu suất cao hơn nhiều. So với bóng đèn Natri cao áp bóng halide có cùng nhiều ưu điểm nhưng có các đặc trưng khác nhau. Hiệu suất của MH tương đương của bóng HPS, chúng có công suất trong khoảng rộng từ 50 đến 2000 W. MH có ánh sáng trắng và lạnh hơn đèn HPS và có tính hoàn màu tốt hơn HPS và do đó được dùng ở những chỗ đòi hỏi hiệu suất và tính chất hoàn màu của bóng đèn. Tuy nhiên với thời gian ánh sáng của MH cũng thay đổi. Những nhược điểm của MH so với HPS là chúng có thời gian sống ngắn hơn để trả giá lại cho việc có tính hoàn màu tốt hơn. Đặc trưng cơ bản:
• P = 35 – 3500W
• CT = 2900 – 6000K ; CRI = 60 – 93
• Hiệu suất: 65 -120 lm/W
• Tuổi thọ trung bình từ 3000 đến 20000 giờ

5. Bóng đèn Cao áp Sodium ( SON )

Bóng Cao áp SON tiêu chuẩn: Trong các loại HPS thì loại HPS tiêu chuẩn có đặc trưng màu cơ bản nhất(ngược với loại HPS trắng thông thường). Loại bóng đèn này có hiệu suất tốt hơn và thời gian sống dài hơn so với bóng MH nhưng màu của chúng ít lạnh và ít trắng hơn và độ hoàn màu cũng không tốt bằng. So với bóng thủy ngân cao áp chúng có hiệu suất cao hơn. So với bóng đèn Natri thấp áp hiệu suất của chúng thấp hơn nhưng độ trả màu tốt hơn. Bóng đèn HPS tiêu chuẩn có công suất trong khoảng từ 50 đến 1000 W. Những bóng công suất cao được đặt trong vỏ bảo vệ để dùng trong các môi trường công nghiệp. Tính chất hoàn màu của các đèn trong dải công suất nói trên làm tăng thêm khả năng ứng dụng của chúng. Những bóng HPS có màu ấm, thời gian bật lại ngắn, tuổi thọ dài. Chúng tương thích với các bộ đèn đường tầng cao và tầng thấp và có thể dùng để chiếu sáng tầng cao và hắt từ trần nhà trong các công sở công nghiệp. Đồng thời có thể dùng chúng trong các gian thể thao, bể bơi, tập nhịp điệu và để chiếu sáng ngoài trời ngay cả trong các bãi đỗ xe. Đặc trưng cơ bản:
• P = 50 - 1000 W
• CT = 1700 - 2200 K; CRI = 20 – 65,
• Hiệu suất = 65 - 150 lm/W (thông thường là 110)
• Tuổi thọ trung bình khoảng 10000 - 24000 giờ

Bóng Cao áp SON trắng: So với bóng đèn tiêu chuẩn loại đèn này có ánh sáng trắng hơn. Đèn HPS có hiệu suất thấp hơn đèn HPS tiêu chuẩn nhưng tiêu thụ công suất ít hơn và có đặc trưng màu cải thiện hơn. Do vậy mà chúng được sử dụng trong các ứng dụng giống như bóng đèn MH kể cả các cửa hàng bán lẻ tư nhân. Đặc trưng cơ bản:
• P = 35 - 100 W,
• CT = 2500 K; CRI= 80
• Hiệu suất = 57 - 76 lm/W (thông thường là 65)
• Tuổi thọ trung bình khoảng 15000 giờ

6. Bóng đèn Natri áp suất thấp

Đây là một trong các bóng đèn phóng điện. Áng sáng phát ra do bức xạ của hơi natri. LPS là loại bóng đèn hiệu suất cao nhất hiện nay có giá trị đến 200 lm/W. Bởi vì ánh sáng của đèn là màu vàng đơn sắc nên chỉ dùng chúng ở những chỗ không cần đến sự phân biệt màu sắc. Thông thường chúng dùng để chiếu sáng đường. Đặc trưng cơ bản:
• P = 18 - 185 W
• Hiệu suất = 100 - 200 lm/W
• Tuổi thọ trung bình là 12000 - 24000 giờ

7. Đèn cảm ứng

Đây là đèn loại cảm ứng yêu cầu tích hợp hình học đặc biệt. Chúng có hiệu suất tốt cao đến 71 lm/W và chỉ số hoàn màu tốt (cao hơn 80). Do không có điện cực nên đèn có thể khởi động nhanh và có thể bật tắt nhiều lần mà không gây già hóa như trong trường hợp đèn có điện cực. Tuổi thọ của chúng khoảng 60000 giờ dài hơn nhiều so với loại đèn cảm ứng dùng chấn lưu gắn liền.
Những lĩnh vực ứng dụng là chiếu sáng ngoài trời cũng như trong nhà ở những chỗ mà việc thay đèn rất tốn phí hoặc rất nguy hiểm. Do những cải tiến mới đây (kích thước nhỏ hơn, giá hạ hơn) và hình dạng của chúng nên ánh sáng phát ra dễ điều khiển hơn so với trường hợp đèn huỳnh quang ống dài và cho phép tự do hơn trong việc thiết kế bộ đèn khiến chúng đôi khi được ưn chuộng hơn đèn huỳnh quang thông thường. Vì vậy, hiện nay, chúng có mặt tại các ứng dụng truyền thống như trong cửa hàng, thư viện, ở đâu mà phí tổn bảo dưỡng là quan trọng.

8. Bóng đèn Sulphur
Bóng đèn Sulphur là loại bóng không có điện cực, ánh sáng phát ra do bức xạ của các nguyên tử sulphur trong môi trường khí argon khi bị kích thích bởi sóng vi ba. Bóng đèn này không chứa thuỷ ngân, bền màu, già hóa hầu như bằng không, thời gian khởi động rất ngắn, bức xạ hồng ngoại cực ít, bức xạ cực tím cũng rất yếu, hiệu suất cao (khoảng 100 lm/W), công suất cao, rất sáng và phân bố phổ đầy trong vùng nhìn thấy (xem hình trên). Đây là bóng đèn lý tưởng để chiếu sáng trong nhà tại những nơi diện tích rộng như nhà máy, kho hàng, trường đấu và phố buôn bán. Nó cũng lý tưởng cho chiếu sáng ngoài trời và tiềm tàng cho ứng dụng chiếu sáng kiến trúc và an ninh. Bóng đèn sulphur có thể điều chỉnh độ sáng về đến mức 30% cung cấp ánh sáng có nhiệt độ màu đến 6.000 Kelvin với CRI = 80. Do không có dây tóc nên loại bóng này không thay đổi màu và cường độ sáng với thời gian và hoàn màu gần đúng màu của các vật mà chúng chiếu sáng.

9. Đèn LED
Thời kì sử dụng diode phát quang làm nguồn chiếu sáng kĩ thuật bắt đầu vào thế kỉ 21, và diode là phần bù lí tưởng cho sự hợp nhất công nghệ bán dẫn và hiển vi quang học. Sự tiêu thụ năng lượng tương đối thấp (1 đến 3 volt, 10 đến 100 miliampe) và thời gian hoạt động lâu dài của diode phát quang khiến cho những dụng cụ này trở thành nguồn sáng hoàn hảo khi chỉ yêu cầu cường độ chiếu ánh sáng trắng ở mức trung bình. Các kính hiển vi nối với máy tính giao tiếp qua cổng USB, hoặc được cấp nguồn bằng pin, có thể sử dụng LED làm nguồn sáng bên trong nhỏ gọn, ít tổn hao nhiệt, công suất thấp và giá thành rẻ, dùng cho việc quan sát bằng mắt hoặc ghi ảnh kĩ thuật số. Một số kính hiển vi dùng trong học tập và nghiên cứu hiện đang diode phát ánh sáng trắng bên trong, cường độ cao làm nguồn sáng sơ cấp. Diode phát quang hiện nay đã được kiểm tra và thương mại hóa trong nhiều ứng dụng đa dạng, như làm tín hiệu giao thông, mật hiệu, đèn flash, và đèn chiếu sáng kiểu vòng gắn ngoài cho kính hiển vi. Ánh sáng do đèn LED trắng phát ra có phổ nhiệt độ màu tương tự với đèn hơi thủy ngân, loại đèn thuộc danh mục chiếu sáng ban ngày. Phổ phát xạ của đèn LED trắng được biểu diễn trong hình 3, cực đại phát tại 460nm là do ánh sáng xanh lam phát ra bởi diode bán dẫn gallium nitride, còn vùng phát sáng rộng cường độ cao nằm giữa 550 và 650nm là do ánh sáng thứ cấp phát ra bởi phosphor phủ bên trong lớp vỏ polymer. Sự tổng hợp các bước sóng tạo ra ánh sáng “trắng” có nhiệt độ màu tương đối cao, là vùng bước sóng thích hợp cho việc chụp ảnh và quan sát ở kính hiển vi quang học.

10. Đèn Laser
Một nguồn phát ánh sáng khả kiến nữa đang có tầm quan trọng ngày càng cao trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, đó là laser. Laser là tên viết tắt từ Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation (Khuếch đại ánh sáng bằng sự phát bức xạ cưỡng bức). Một trong những đặc điểm vô song của laser là chúng phát ra chùm ánh sáng liên tục gồm một bước sóng riêng biệt (hoặc đôi khi là một vài bước sóng), cùng pha, đồng nhất, gọi là ánh sáng kết hợp. Bước sóng ánh sáng do laser phát ra phụ thuộc vào loại chất cấu tạo nên laser là tinh thể, diode hay chất khí. Laser được sản xuất đa dạng về hình dạng và kích thước, từ những chiếc laser diode bé xíu đủ nhỏ để lắp khít vào lỗ kim, cho tới những thiết bị quân sự và nghiên cứu chiếm đầy cả một tòa nhà.
Laser được sử dụng làm nguồn sáng trong nhiều ứng dụng, từ các đầu đọc đĩa compact cho tới các thiết bị đo đạc và dụng cụ phẫu thuật. Ánh sáng đỏ quen thuộc của laser helium-neon (thường viết tắt là He-Ne) được dùng để quét mã vạch hàng hóa, nhưng cũng đóng vai trò quan trọng trong nhiều hệ thống hiển vi quét laser đồng tiêu. Ứng dụng laser trong kính hiển vi quang học cũng ngày càng trở nên quan trọng, vừa là nguồn sáng duy nhất, vừa là nguồn sáng kết hợp với các nguồn sáng huỳnh quang và/hoặc nguồn nóng sáng. Mặc dù giá thành tương đối cao, nhưng laser cũng tìm thấy ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật huỳnh quang, chiếu sáng đơn sắc, và trong các lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng như kĩ thuật quét laser đồng tiêu, phản xạ nội toàn phần, truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang, và kính hiển vi nhân quang.

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ khoa học kỹ thuật như hiện nay, hi vọng trong tương tai sẽ có ngày càng nhiều những phát minh, tìm tòi trong lĩnh vực chiếu sáng tạo ra những sản phẩm tối ưu không chỉ nhằm phục vụ cho mục đích thắp sáng thông thường mà còn phục vụ cho thắp sáng trang trí, nghệ thuật…